德惠斷陷萬(wàn)金塔東部斷階帶致密氣成藏特征

李 燁

（中國(guó)石化東北油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，吉林長(zhǎng)春130062）

致密氣是指低滲透-特低滲透砂巖或碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中無(wú)自然產(chǎn)能，需通過(guò)大規(guī)模壓裂或特殊采氣工藝技術(shù)才能產(chǎn)出具有工業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的天然氣［1］。 致密砂巖氣藏大多分布在盆地中心或者盆地的構(gòu)造深部，呈大面積連續(xù)分布。 我國(guó)致密氣資源豐富［1］，隨著水平井技術(shù)和壓裂技術(shù)的發(fā)展，致密氣的勘探已經(jīng)成為我國(guó)油氣勘探的主要方向，特別是東部老油田［2-8］。德惠斷陷是松遼盆地東南部主要的生 烴 斷 陷［9］，斷 裂 活 動(dòng) 頻 繁［10］，火 山 巖 發(fā) 育［11-13］，天然氣成藏規(guī)律復(fù)雜。

以D1井、D2井勘探成果為例， 詳細(xì)研究松遼盆地德惠斷陷萬(wàn)金塔斷階帶致密氣藏的成藏要素，分析成藏主控因素和成藏模式，為德惠斷陷致密氣的勘探以及烴類(lèi)氣藏的預(yù)測(cè)提供一定的理論指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

德惠斷陷位于松遼盆地東南隆起區(qū)，面積約為4 053 km2，是在晚古生代淺變質(zhì)基底上發(fā)展起來(lái)的中生代沉積盆地，廣泛發(fā)育上侏羅統(tǒng)和白堊系湖泊相-河流相沉積地層，油氣的生儲(chǔ)蓋組合較發(fā)育，為有利含油氣斷陷［14－15］。

萬(wàn)金塔斷階帶位于德惠斷陷北部，萬(wàn)金塔背斜東翼（圖1），面積約163 km2，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育4條北東向斷裂，延伸長(zhǎng)、斷距大，從西向東呈多階梯狀分布，其形成與區(qū)域應(yīng)力有關(guān)（圖2）。

研究區(qū)與松遼盆地其它大部分地區(qū)一樣，發(fā)育斷、坳兩套層系地層，根據(jù)鉆井結(jié)果，坳陷期地層包括中生界上白堊統(tǒng)的嫩江組、姚家組、青山口組和泉頭組， 斷陷期地層包括下白堊統(tǒng)的登婁庫(kù)組、營(yíng)城組、沙河子組和火石嶺組。 其中火石嶺組形成于盆地的初始裂陷階段，巖性為灰-深灰色安山巖、玄武安山巖、黑色泥巖、灰色粉砂巖、粗砂巖和砂礫巖。 沙河子組形成于盆地的斷陷期，巖性主要為灰色-深灰色泥巖和灰色細(xì)砂巖。 營(yíng)城組下段形成時(shí)火山活動(dòng)強(qiáng)烈，發(fā)育大套火山巖，巖性主要為凝灰?guī)r、安山巖、玄武巖，凝灰?guī)r厚度40～250 m；上段沉積碎屑巖，巖性為深灰-灰黑色泥巖，夾有灰色細(xì)砂巖、中砂巖。 登婁庫(kù)組形成于斷坳轉(zhuǎn)換期，巖性總體上較粗，具有粗-細(xì)-粗旋回特征，上部和下部為灰褐-灰色泥巖、灰-灰白色砂礫巖、含礫中砂巖和細(xì)砂巖， 中部為灰綠-灰色泥巖夾細(xì)砂巖， 地層厚度150～1 700 m。

2 斷階帶致密氣藏特征

致密氣藏的成藏要素與常規(guī)氣藏基本相同，兩者的差異主要體現(xiàn)在儲(chǔ)層特征及由此形成的成藏模式的不同。 萬(wàn)金塔東部斷階帶營(yíng)城組埋藏深，儲(chǔ)層致密，主要為扇三角洲相、深湖-半深湖亞相沉積環(huán)境，因此具有良好的致密氣藏形成條件；并且斷階帶致密氣藏的形成主要受烴源巖、儲(chǔ)層和斷裂的控制。

2.1 斷階帶烴源巖特征

致密砂巖氣藏的烴源巖具有多樣性，以腐殖型泥巖、煤系地層為主，海、陸相暗色泥頁(yè)巖、煤層、碳酸鹽巖都可作為有效烴源巖。 萬(wàn)金塔東部斷階帶除營(yíng)城組自身具有良好生烴潛力外，下部的火石嶺組和沙河子組暗色泥巖也是良好的烴源巖。 D1 井的鉆探及熱解資料顯示， 營(yíng)城組暗色泥巖累計(jì)厚度319.22 m， 有機(jī)碳分子平均1.26%，RO為0.94%，（S1+S2）平均0.72 mg/g，干酪根類(lèi)型為Ⅲ型，Tmax平均為457℃；沙河子組暗色泥巖累計(jì)厚度118 m，有機(jī)碳分子平均2.3%，RO為0.98%，（S1+S2） 平均2.62 mg/g，干酪根類(lèi)型為Ⅲ型，Tmax平均為449℃；火石嶺組暗色泥巖累計(jì)厚度96 m，有機(jī)碳分子平均1.8%，RO為1.26%，（S1+S2）平均1.75 mg/g，干酪根類(lèi)型為Ⅲ型，Tmax平均為463℃（表1）。 由此可見(jiàn)，斷階帶烴源巖多為腐植型泥巖，生氣為主，厚度較大、有機(jī)質(zhì)含量好、演化程度高。

表1 D1 井烴源巖地球化學(xué)特征

2.2 斷階帶儲(chǔ)層特征

致密砂巖氣藏主要存在于低孔—特低孔、低滲—特低滲砂巖儲(chǔ)層中，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低是最大特點(diǎn)，表現(xiàn)為長(zhǎng)石和巖屑含量較高，多為長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑砂巖，顆粒大小混雜、分選磨圓較差，泥質(zhì)含量高，地層容易發(fā)生強(qiáng)烈的壓實(shí)作用和膠結(jié)作用，導(dǎo)致儲(chǔ)層致密化。

斷裂帶營(yíng)城組碎屑巖儲(chǔ)層主要是扇三角洲前緣河道、河口壩和席狀砂砂體（圖3），巖性為砂礫巖、含礫砂巖和粉細(xì)砂巖，分選差，磨圓中等，夾泥巖條帶， 粉砂巖泥質(zhì)含量較高 （圖4）， 孔隙度在1.92%～7.75%之間，平均值5.62%，滲透率在（0.02～1.8）×10-3μm2之間，平均值0.46×10-3μm2（表2）。同時(shí)， 在鏡下照片中能觀察到砂巖顆粒大小不一，次棱角狀，孔隙以長(zhǎng)石次生溶孔為主，局部以微裂縫連通（圖5）。

表2 D2 井營(yíng)城組儲(chǔ)層巖心實(shí)測(cè)物性數(shù)據(jù)

2.3 斷階帶斷裂特征

萬(wàn)金塔地區(qū)斷裂發(fā)育， 主要有三種類(lèi)型的斷裂： 第一類(lèi)斷裂是斷陷期長(zhǎng)期發(fā)育的深大斷裂，切割整個(gè)斷陷層，活動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)斷陷沉積具有明顯的控制作用，主要分布在萬(wàn)金塔西部；第二類(lèi)斷裂是發(fā)育于斷陷中-后期的斷裂，雖然切割火石嶺組、沙河子組和營(yíng)城組，但活動(dòng)時(shí)間短，規(guī)模小，對(duì)沉積沒(méi)有控制作用； 第三類(lèi)斷裂是斷陷晚期發(fā)育的斷裂，斷裂規(guī)模小，僅切割登婁庫(kù)組，對(duì)營(yíng)城組氣藏未起破壞作用。

萬(wàn)金塔東部斷階帶主要發(fā)育第二類(lèi)斷裂，對(duì)營(yíng)城組早期氣藏的形成具有直接的控制作用。 影響有機(jī)質(zhì)生烴的重要因素是有機(jī)質(zhì)的熱演化程度，松遼盆地德惠斷陷火石嶺組烴源巖位于斷陷深層，地溫較高， 火石嶺組烴源巖分別在營(yíng)城組沉積初期、泉頭組沉積期和青山口組沉積期發(fā)生過(guò)較大規(guī)模的生排烴過(guò)程［16］。 斷階帶火石嶺組烴源巖在營(yíng)城組沉積初期的生排烴與斷階帶斷陷中-后期發(fā)育的斷裂形成良好的耦合關(guān)系，火石嶺組烴源巖生成的油氣經(jīng)斷裂向上部地層運(yùn)移， 由于斷裂未刺穿登婁庫(kù)組， 加之登婁庫(kù)組厚層泥巖對(duì)油氣的封堵作用，使得油氣進(jìn)入營(yíng)城組后只能橫向移動(dòng)。 此時(shí)，營(yíng)城組處于成巖早期、壓實(shí)作用較弱、原生孔隙保存較好、油氣能相對(duì)容易進(jìn)入分流河道、河口壩等孔隙度和滲透率都較好的扇三角洲沉積砂體中，形成斷塊氣藏。 松遼盆地營(yíng)城組烴源巖的成熟時(shí)期普遍認(rèn)為是在青山口組沉積時(shí)期［17］，此時(shí)，斷階帶發(fā)育的斷裂已停止活動(dòng)，加之壓實(shí)作用加劇，因此，斷階帶發(fā)育的斷裂對(duì)營(yíng)城組烴源巖油氣運(yùn)移不起作用。

3 斷階帶致密氣成藏模式

致密氣藏的劃分隨著研究方向的不同而有所不同，根據(jù)儲(chǔ)層致密化過(guò)程與烴源巖生排烴高峰期的耦合關(guān)系可以將致密氣藏分為 “早期充注型”和“晚期充注型”兩類(lèi)致密氣藏。 成藏期儲(chǔ)層物性控制了天然氣的成藏機(jī)理，如果儲(chǔ)層致密化過(guò)程發(fā)生在天然氣充注之后稱為“早期充注型”致密氣藏，反之稱為“晚期充注型”致密氣藏，兩者主要差異在于：“早期充注型” 致密氣藏在氣體注入時(shí)儲(chǔ)層已經(jīng)致密，天然氣依靠分子膨脹力成藏，主要分布于凹陷區(qū)或斜坡區(qū)；“晚期充注型”致密氣藏氣體注入發(fā)生在致密儲(chǔ)層形成之前， 成藏的時(shí)候?qū)儆诔Ｒ?guī)氣藏，天然氣依靠浮力成藏。

通過(guò)對(duì)斷階帶成藏要素的發(fā)育特征、空間配置關(guān)系以及活動(dòng)期次的綜合分析，認(rèn)為斷階帶營(yíng)城組發(fā)育“早期充注型”和“晚期充注型”兩種致密氣成藏模式（圖6）。

營(yíng)城組成巖早期，火石嶺組烴源巖進(jìn)入第一期排烴窗口，天然氣沿著斷裂系統(tǒng)進(jìn)入營(yíng)城組物性較好的儲(chǔ)層中，形成斷塊氣藏；隨著營(yíng)城組埋深的增加，斷裂活動(dòng)停止，營(yíng)城組儲(chǔ)層在壓實(shí)作用、膠結(jié)作用增強(qiáng)的情況下逐漸致密化，先期保存在斷塊圈閉中的天然氣由于孔隙的不斷減小， 部分氣體排出，當(dāng)儲(chǔ)層致密化程度超過(guò)致密化邊界時(shí)，殘存天然氣被封滯在致密儲(chǔ)層中難以移動(dòng)，從而形成“早期充注型”致密氣藏；營(yíng)城組烴源巖在青山口組沉積時(shí)達(dá)到成熟，進(jìn)入排烴期，由于烴源巖中生成的油氣缺乏運(yùn)移通道使得營(yíng)城組內(nèi)部壓力不斷累積，當(dāng)累積壓力突破致密儲(chǔ)層毛細(xì)管阻力和靜水壓力時(shí)，天然氣開(kāi)始以“活塞式”排替驅(qū)水進(jìn)入致密砂巖中，形成“晚期充注型”致密氣藏。

4 結(jié)論

（1）德惠斷陷萬(wàn)金塔東部斷階帶油氣資源豐富，發(fā)育火石嶺組、 沙河子組和營(yíng)城組三套烴源巖，都以Ⅲ型干酪根為主；火石嶺組烴源巖厚96 m，成熟度最高，生排烴時(shí)間早，在營(yíng)城組沉積時(shí)期就開(kāi)始排烴，為早期充注致密氣藏提供氣源；沙河子組烴源巖和營(yíng)城組烴源巖厚度分別為118 m 和319 m，二者的成熟度相近，生排烴時(shí)間都在青山口組沉積時(shí)期，是致密氣藏晚期充注的主要?dú)庠础?/p>

（2）斷階帶營(yíng)城組發(fā)育扇三角洲-湖泊相沉積體系，有利砂體發(fā)育，同時(shí)，斷裂的活動(dòng)期次和火石嶺烴源巖生排烴時(shí)間具有很好的耦合關(guān)系，使得萬(wàn)金塔東部斷階帶在營(yíng)城組沉積早期發(fā)育斷塊氣藏。

（3）隨著埋深增大，營(yíng)城組烴源巖達(dá)到成熟階段，營(yíng)城組內(nèi)早期形成的天然氣藏逐步轉(zhuǎn)化為“早期充注型”致密氣藏，同時(shí)，營(yíng)城組內(nèi)天然氣進(jìn)入致密砂巖內(nèi)形成“晚期充注型”致密氣藏，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)城組內(nèi)部出現(xiàn)兩類(lèi)致密氣藏共存的情況。